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相位噪声测试参考的改进

罗德与施瓦茨，www.rohde-schwarz.com

新兴技术和先进应用推动着数据速率需求的不断增长以及向更高频率发展。当射频工程师开发器件时，相位噪声测试仪有助于深入了解信号的频率稳定性和纯度。罗德与施瓦茨(R&S)提供行业级的相位噪声测试参考解决方案——R&S FSWP相位噪声和压控振荡器(VCO)测试仪。迄今为止，该仪器的最高频率为50GHz，无需外部频率扩展器。虽然可以通过扩展器在按下一个按钮的情况下测量高达325GHz的相位噪声，但这增加了设置的复杂性。¹

高达56GHz的新兴应用

高达56GHz的应用正在兴起，例如50.4GHz至52.4GHz之间的卫星通信、用于53GHz超高速局域网IEEE802.3dj和56GHzCEI-224G（通用电气输入/输出）的抖动测量。为满足这些新的测试需求，罗德与施瓦茨通过新的选件R&S FSWP-B56G扩展了R&S FSWP的功能，该选件将绝对相位噪声测量的频率范围扩展至56GHz，从而无需外部频率转换器。

相位噪声测量功能的增强

R&S FSWP-B56G选件还将仪器对放大器或其他组件进行附加/残余(additive/residual)相位噪声测量的能力扩展到56GHz，频率偏移高达40MHz。用于此应用的内部源频率范围现在扩展到50GHz（之前为18GHz），使用R&S FSWP-B56G选件可高达54GHz。用户只需将待测放大器连接到信号源输出端和R&S FSWP输入端之间，即可轻松测量其附加噪声。除了使用内部源外，还可以将外部信号源（例如高端信号发生器或振荡器）添加到设置中，用作本地振荡器。

利用外部信号源

除了将频率范围扩展到56GHz外，R&S FSWP现在还支持使用外部信号源作为本地振荡器进行绝对相位噪声测量。工程师通常更倾向于使用内部的高端信号源，而不是R&S FSWP的内部源。虽然R&S FSWP的内部源覆盖了从几MHz到56GHz的宽范围，但其性能可能无法与专为更窄频率范围设计的专用振荡器相匹配。利用这些高端外部源可以更快地获得结果，因为测量被测器件(DUT)（可能是另一个高端振荡器）的相位噪声所需的互相关(cross-correlations)次数更少。根据信号源的质量，测量速度可比使用内部源快高达1000倍。图1展示了一个典型设置，使用两个外部源作为本地振荡器来测量高端DUT。可以使用R&S FSWP的调谐输出将信号源锁定到DUT频率。

图1：使用两个外部信号源测量高端DUT的设置。

在此模式下，用户可以使用两个外部振荡器进行测量以充分利用互相关技术的优势，或者可以测量两个相同的信号源（双DUT法）并将结果调整3dB。此模式在高达56GHz的范围内均有效。如果信号源无法调谐并锁定到DUT，仍然可以在信号源之间存在恒定偏移的情况下进行测量。²但是，最大偏移限制在约10MHz左右。图2展示了一个典型测量示例，其中测量了两个蓝宝石负载腔体振荡器（SLCO）的性能。绿色迹线显示了使用内部源并应用100次平均后测得的SLCO性能。黄色迹线显示了仅使用一次相关（双DUT法）并使用两个SLCO测得的结果。只需一次互相关即可揭示高端振荡器的性能，而使用内部源则可能需要多达100次相关。

图2：应用双DUT法对两个SLCO进行的典型测量。

引入噪声系数标记

为放大器的附加/残余相位噪声测量新增了一个标记功能——噪声系数标记(Noise Figure Marker)。较低输入功率下的相位噪声直接反映了放大器的噪声系数。^3,4唯一需要已知的参数是放大器的输入功率，该值可以在信号源输出端设置或使用功率传感器直接测量。然后可以使用以下公式计算放大器的噪声系数：

NF=-(-177dBm/Hz)+P_in+Phase noise

这种基于相位解调的新方法，除了网络分析仪中常用的冷源法以及信号和频谱分析仪中使用的Y因子法外，提供了一种测量放大器小信号噪声系数的途径。现在频率覆盖高达56GHz的R&S FSWP，既提供Y因子法（在频谱分析仪模式下使用具有校准ENR的噪声源），也提供基于相位噪声测试仪中解调技术的噪声系数测量。

图3展示了一个典型测量，其中可以在表格中看到噪声系数标记的结果（此处为1.67dB）。绿色迹线显示了高输入电平下的附加相位噪声。橙色和黄色迹线（输入电平较低）在偏移>100kHz时主要由宽带噪声主导，可用于计算小信号噪声系数。

图3：放大器的附加/残余相位噪声。

未来的增强功能和型号更新

凭借其新的增强功能，R&S FSWP相位噪声和VCO测试仪通过扩展的频率范围以及噪声系数标记等功能扩展了其应用范围。通过支持外部源作为本地振荡器，它将信号源分析仪的易用性与高端相位噪声测试仪的功能结合在一起。以前，此类仪器复杂且需要大量时间来设置和运行测量。现在，R&S FSWP简化了这一过程。

其他型号，R&S FSWP8和R&S FSWP26，将在未来几周内获得相同的增强功能。R&S FSWP的进一步改进计划将在未来12个月内公布。

参考文献

1.     Dr. W. Wendler and M. Schmähling, Application Note, 1EF101, 2018.

2.     M. Giunta, B. Rauf, S. Pucher, S. Afrem, W. Wendler, A. Roth, J. Kornprobst, S. Peschl, J. Schulz, J. Schorer, M. Fischer and R. Holzwarth, "Cross-spectrum Phase Noise Measurements of 10-15-level Stability Photonic Microwave Oscillators", IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) 2025, Th2D-4.

3.     K. Gheen, Application Note, 1EF100, 10.2017.

4.     Application Card, Version 01.00, Dynamic noise figure measurements.